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【摘 要】 本文主要探讨了阴极保护在埋地管道中的具体的应用，分析了埋地管道工程建设中如何更好的设置阴极保护系统，以确保埋地管道使用过程中的效果，以期能够为同行提供参考。
【关键词】 阴极保护；埋地管道；应用
一、前言
埋地管道使用的过程中，还存在很多的问题，阴极保护问题就尝尝被施工人员所忽略，阴极保护效果不佳，就容易导致埋地管道使用过程中出现问题，所以，一定要重视埋地管道阴极保护问题。
二、阴极保护技术的原理及方法
1、阴极保护基本原理
阴极保护技术是利用电化学的腐蚀原电池原理，将被保护的金属结构作为阴极，向其通以足够的直流电流，使金属表面产生阴极极化，最终减小或消除金属材料整体上各种局部阴极和局部阳极之间的电位差，使腐蚀电流趋于零，从而控制金属的腐蚀。
2、阴极保护方法
在绝大多数情况下，可以通过三种方法实现阴极保护过程。
2.1、牺牲阳极法是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，被保护金属作为阴极，让电位低的金属向阴极材料不间断地提供电子。牺牲阳极因较活泼而优先溶解遭到强烈腐蚀，此时阴极材料首先极化，在其表面富集电子，不再产生离子，进而减缓并停止结构腐蚀进程，达到保护阴极材料的目的。
2.2、强制（外加）电流法是通过外加直流电源以及辅助阳极，直接向被保护的金属结构施加阴极电流或给辅助阳极施加阳极电流，使被保护金属发生阴极极化，同样达到保护阴极金属结构的目的。
2.3、排流保护法是以排除杂散电流为目的的阴极保护方法。该方法分为三种，其中直接排流和极性排流分别用于杂散电流干扰电位极性稳定不变和正负交变的情况。还有一种是强制排流，它通过整流器进行排流。当有杂散电流存在时，利用排流进行保护；当无杂散电流时，就用整流器供给保护电流，使保护体处于阴极保护状态。
三、阴极保护技术在埋地管道中的应用
1、阴极保护技术原理
所谓的阴极保护，是金属的阴极被阴极电流极化产生的。一般都以外加电流或阳极牺牲为主要形式。管道阴极保护的检测方法通常都是以每隔一定的距离测算的阴极保护数据判断的。通过阴极保护的原理，要想做好全钢结构材料在土中的防腐工作，那么就应遵循以下原则：a）导电介质务必要覆盖金属表面，如潮湿土壤、电解质溶液、海水等。因为导电介质的存在才能够形成闭回路；b）金属结构要充分的浸没于导电介质中，以提高保护的效率；c）金属的结构应尽可能的简单。若凹凸过于严重，那么会形成“屏蔽作用”，便不能实现阴极保护的目的。
2、阴极保护技术的分类
阴极保护技术分成牺牲阳极阴极保护及外加电流（强制电流）阴极保护两种，两者保护方式相辅相成。牺牲阳极的阴极保护技术属于是合金或金属，但是它的电位较正常金属较负，和被保护金属连接，由于电位的不同，所以电流相互传导，达到保护的目的。它的优势主要表现在：
2.1、首次投资费用低，运行中不必追加维护费用；
2.2、恰当地保护电流利用率；
2.3、不会产生任何干扰，使用范围常是小型或中型的场合；
2.4、不仅达到保护的目的，还能够实现接地的效果；
2.5、操作技术简单。外加电流的阴极保护技术是将直流电源串到回路内，把直流电制剂输入到被保护金属中，这样被保护金属便成为阴极，才能达到保护的效果。它的优势主要表现为：
2.6、高驱动电压，灵活性强，适用于较大的场合；
3、阴极保护系统的施工方法研究
3.1、恒电位仪
控制台、恒电位仪要安置于阴极保护间中，阴极保护的控制台两边要各放置一台恒电位仪，在安装设备的过程中严格按照说明书执行；
3.2、参比电极和汇流点
在管线出站绝缘的接头外侧设置汇流点，长效埋地型参比电极、防爆接线箱各一個设置在汇流点处，将参比导线、零位接阴电缆、阴极电缆全部由防爆接线箱和设备连接。涂抹加入固化剂（环氧树脂）到汇流点处，达到防腐的效果；
3.3、电缆
铝热焊焊接将管道和电缆连接在一起，连接处要做好绝缘和防护措施，同时涂抹加入固化剂（环氧树脂）以达到防腐绝缘的效果。最后将热收缩带缠绕在焊点处，其宽度为250mm，长度不得低于100mm。电缆埋置的深度必须在冻土层之下；
3.4、阳极地床
将1组阳极地床设置在站外，其中，阳极地床通常是高硅铸铁阳极构成的。与管线的直接距离应超过350m，选用填包料对阳极进行包覆，其厚度是100mm，而焦炭粉是填包料的主要成分，其中，焦炭的最大颗粒不应超过15mm，含炭量要高于85%。阳极地床应尽可能放置在低洼、潮湿地区。但是还要结合实际情况；
3.5、锌接地电池
将锌接地电池（2根锌棒构成，绝缘件将2根锌棒连接在一起，经防爆接线箱连至管线上）设置在绝缘接头处，这样才能够保障设备安全运行；
3.6、防爆接线箱和测试桩
管道沿线每隔1km要安放电位测试桩1支，每隔10km安放电流测试桩1支。绝缘接头处、汇流点处、阳极地床处应安放防爆接线箱。接线箱、测试桩都应埋在管道流向左方距管道边缘1.5m的位置上。不仅要埋设牢固，还要加强防腐处理。
四、阴极保护法的控制要点
为了有效防止埋地钢管的电化学腐蚀，充分发挥牺牲阳极法阴极保护的作用，提高保护的有效性，必须正确把握牺牲阳极法阴极保护的设计施工和使用管理等各个环节。
1、设计环节
设计上的控制主要是在选择合适的电流密度，测试施工区域的土壤特性后进行阳极种类的选择，工艺计算（阳极接地电阻输出电流阳极数量工作寿命）和安装方式的确定。 1.1、阳极种类的选择
通常的做法是根据环境土壤的电阻率大小选择牺牲阳极的种类，再根据保護电流的大小选取阳极规格城镇燃气管网中，一般而言，普通土壤环境下多使用棒形镁或锌阳极，高电阻率土壤环境下可使用带状镁阳极。
1.2、工艺计算
通过工艺计算可以求得需保护管道阳极接地电阻，阳极的输出电流，所需阳极的数量及阳极工作寿命，为阳极的安装施工及后期管理提供理论依据需要注意的是在接地电阻计算时，应考虑有无填料及安装方式；在阳极输出电源计算时，必须正确计算出阳极总电阻；阳极数量的计算应注意要选取合适的备用系数
1.3、阳极安装方式的选择
为确保阳极在土壤中的性能稳定，需考虑在阳极四周辅以化学填料包，它能改善阳极的工作环境，降低接地电阻，增加阳极电流输出，减小不必要的阳极极化及维持阳极地床长期湿润；填料包应在各个方面均保持5-10cm为宜；化学填料包应选用电阻率低，渗透性保湿性好，不易流失的材料配方阳极分布可采用单支式或集中式，其埋设可采用立式水平式，埋设方向有轴向式和径向式，选用何种方式应根据管道长度土壤特性空间位置等全面考虑另外，为了确保阴极保护效果，阳极应埋在距管壁3-5米处，最小不宜小于0.3米；埋设深度应以阳极顶部距地面不小于1m为宜。在冻土层以下，一般与钢管底同深成组埋设时，以2-3米间距为宜，牺牲阳极在管道长度方向上以200-300米一组为最好。
五、阴极保护技术应用的管理
阴极保护技术经过设计投产运行后，还需要日常的管理和维护，才能保障其防护功能的正常发挥。
首先，需要制定设备设施的检查计划，应当保证至少每周检查一次，检查的内容主要是对硫酸铜比较电极溶液的渗漏情况和设备其他部位的清洁状况；还要定期对整个系统的电位进行测试，检查相关电缆管线的连接状况；对直流电源设备恒电位仪也要定期检查维护，保证电路接触正常，能够输出稳定的电流，使管道电位保持稳定。
其次，阴极保护房内的恒电位仪损耗较为严重，所以在配备上应当每间阴极保护房不少于两台，应当每隔两个月更换一次。
再次，阴极保护技术关键是要被保护的金属体具有均匀的电化学性，这就需要定期采用极化的电化学方法对其进行极化处理，保证稳定均匀的化学性质。
最后，管理还包括对管道的电流和电位定期的测量检查，防止端盖部位的生锈。
六、结束语
综上所述，在埋地管道工程中，阴极保护是其中一个非常重要的环节，一定要更加重视阴极保护问题，提出一些有效的措施来提升阴极保护的效果，为埋地管道竣工后投入使用奠定质量基础。
参考文献：
[1]武烈.我国阴极保护技术的发展及其高新技术化的探索[J].腐蚀与防护，2011，27（03）：136-139.
[2]肖纪美，曹楚南.材料腐蚀学原理[M]，北京：化学工业出版社，2012.
[3]陈胜利，兰志刚，宋积文，等.长输天然气管线的腐蚀与防护[J].全面腐蚀控制，2011（1）：38-41
[4]黄腾飞.埋地管道阴极保护电位参数及电位测试技术研究[D].西南石油大学博士学位论文，2011
[5]孙鹏然.天然气长输管道的防腐与防护措施[J].管道技术与设备，2013（1）：50-52
【关键词】 阴极保护；埋地管道；应用
一、前言
埋地管道使用的过程中，还存在很多的问题，阴极保护问题就尝尝被施工人员所忽略，阴极保护效果不佳，就容易导致埋地管道使用过程中出现问题，所以，一定要重视埋地管道阴极保护问题。
二、阴极保护技术的原理及方法
1、阴极保护基本原理
阴极保护技术是利用电化学的腐蚀原电池原理，将被保护的金属结构作为阴极，向其通以足够的直流电流，使金属表面产生阴极极化，最终减小或消除金属材料整体上各种局部阴极和局部阳极之间的电位差，使腐蚀电流趋于零，从而控制金属的腐蚀。
2、阴极保护方法
在绝大多数情况下，可以通过三种方法实现阴极保护过程。
2.1、牺牲阳极法是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，被保护金属作为阴极，让电位低的金属向阴极材料不间断地提供电子。牺牲阳极因较活泼而优先溶解遭到强烈腐蚀，此时阴极材料首先极化，在其表面富集电子，不再产生离子，进而减缓并停止结构腐蚀进程，达到保护阴极材料的目的。
2.2、强制（外加）电流法是通过外加直流电源以及辅助阳极，直接向被保护的金属结构施加阴极电流或给辅助阳极施加阳极电流，使被保护金属发生阴极极化，同样达到保护阴极金属结构的目的。
2.3、排流保护法是以排除杂散电流为目的的阴极保护方法。该方法分为三种，其中直接排流和极性排流分别用于杂散电流干扰电位极性稳定不变和正负交变的情况。还有一种是强制排流，它通过整流器进行排流。当有杂散电流存在时，利用排流进行保护；当无杂散电流时，就用整流器供给保护电流，使保护体处于阴极保护状态。
三、阴极保护技术在埋地管道中的应用
1、阴极保护技术原理
所谓的阴极保护，是金属的阴极被阴极电流极化产生的。一般都以外加电流或阳极牺牲为主要形式。管道阴极保护的检测方法通常都是以每隔一定的距离测算的阴极保护数据判断的。通过阴极保护的原理，要想做好全钢结构材料在土中的防腐工作，那么就应遵循以下原则：a）导电介质务必要覆盖金属表面，如潮湿土壤、电解质溶液、海水等。因为导电介质的存在才能够形成闭回路；b）金属结构要充分的浸没于导电介质中，以提高保护的效率；c）金属的结构应尽可能的简单。若凹凸过于严重，那么会形成“屏蔽作用”，便不能实现阴极保护的目的。
2、阴极保护技术的分类
阴极保护技术分成牺牲阳极阴极保护及外加电流（强制电流）阴极保护两种，两者保护方式相辅相成。牺牲阳极的阴极保护技术属于是合金或金属，但是它的电位较正常金属较负，和被保护金属连接，由于电位的不同，所以电流相互传导，达到保护的目的。它的优势主要表现在：
2.1、首次投资费用低，运行中不必追加维护费用；
2.2、恰当地保护电流利用率；
2.3、不会产生任何干扰，使用范围常是小型或中型的场合；
2.4、不仅达到保护的目的，还能够实现接地的效果；
2.5、操作技术简单。外加电流的阴极保护技术是将直流电源串到回路内，把直流电制剂输入到被保护金属中，这样被保护金属便成为阴极，才能达到保护的效果。它的优势主要表现为：
2.6、高驱动电压，灵活性强，适用于较大的场合；
3、阴极保护系统的施工方法研究
3.1、恒电位仪
控制台、恒电位仪要安置于阴极保护间中，阴极保护的控制台两边要各放置一台恒电位仪，在安装设备的过程中严格按照说明书执行；
3.2、参比电极和汇流点
在管线出站绝缘的接头外侧设置汇流点，长效埋地型参比电极、防爆接线箱各一個设置在汇流点处，将参比导线、零位接阴电缆、阴极电缆全部由防爆接线箱和设备连接。涂抹加入固化剂（环氧树脂）到汇流点处，达到防腐的效果；
3.3、电缆
铝热焊焊接将管道和电缆连接在一起，连接处要做好绝缘和防护措施，同时涂抹加入固化剂（环氧树脂）以达到防腐绝缘的效果。最后将热收缩带缠绕在焊点处，其宽度为250mm，长度不得低于100mm。电缆埋置的深度必须在冻土层之下；
3.4、阳极地床
将1组阳极地床设置在站外，其中，阳极地床通常是高硅铸铁阳极构成的。与管线的直接距离应超过350m，选用填包料对阳极进行包覆，其厚度是100mm，而焦炭粉是填包料的主要成分，其中，焦炭的最大颗粒不应超过15mm，含炭量要高于85%。阳极地床应尽可能放置在低洼、潮湿地区。但是还要结合实际情况；
3.5、锌接地电池
将锌接地电池（2根锌棒构成，绝缘件将2根锌棒连接在一起，经防爆接线箱连至管线上）设置在绝缘接头处，这样才能够保障设备安全运行；
3.6、防爆接线箱和测试桩
管道沿线每隔1km要安放电位测试桩1支，每隔10km安放电流测试桩1支。绝缘接头处、汇流点处、阳极地床处应安放防爆接线箱。接线箱、测试桩都应埋在管道流向左方距管道边缘1.5m的位置上。不仅要埋设牢固，还要加强防腐处理。
四、阴极保护法的控制要点
为了有效防止埋地钢管的电化学腐蚀，充分发挥牺牲阳极法阴极保护的作用，提高保护的有效性，必须正确把握牺牲阳极法阴极保护的设计施工和使用管理等各个环节。
1、设计环节
设计上的控制主要是在选择合适的电流密度，测试施工区域的土壤特性后进行阳极种类的选择，工艺计算（阳极接地电阻输出电流阳极数量工作寿命）和安装方式的确定。 1.1、阳极种类的选择
通常的做法是根据环境土壤的电阻率大小选择牺牲阳极的种类，再根据保護电流的大小选取阳极规格城镇燃气管网中，一般而言，普通土壤环境下多使用棒形镁或锌阳极，高电阻率土壤环境下可使用带状镁阳极。
1.2、工艺计算
通过工艺计算可以求得需保护管道阳极接地电阻，阳极的输出电流，所需阳极的数量及阳极工作寿命，为阳极的安装施工及后期管理提供理论依据需要注意的是在接地电阻计算时，应考虑有无填料及安装方式；在阳极输出电源计算时，必须正确计算出阳极总电阻；阳极数量的计算应注意要选取合适的备用系数
1.3、阳极安装方式的选择
为确保阳极在土壤中的性能稳定，需考虑在阳极四周辅以化学填料包，它能改善阳极的工作环境，降低接地电阻，增加阳极电流输出，减小不必要的阳极极化及维持阳极地床长期湿润；填料包应在各个方面均保持5-10cm为宜；化学填料包应选用电阻率低，渗透性保湿性好，不易流失的材料配方阳极分布可采用单支式或集中式，其埋设可采用立式水平式，埋设方向有轴向式和径向式，选用何种方式应根据管道长度土壤特性空间位置等全面考虑另外，为了确保阴极保护效果，阳极应埋在距管壁3-5米处，最小不宜小于0.3米；埋设深度应以阳极顶部距地面不小于1m为宜。在冻土层以下，一般与钢管底同深成组埋设时，以2-3米间距为宜，牺牲阳极在管道长度方向上以200-300米一组为最好。
五、阴极保护技术应用的管理
阴极保护技术经过设计投产运行后，还需要日常的管理和维护，才能保障其防护功能的正常发挥。
首先，需要制定设备设施的检查计划，应当保证至少每周检查一次，检查的内容主要是对硫酸铜比较电极溶液的渗漏情况和设备其他部位的清洁状况；还要定期对整个系统的电位进行测试，检查相关电缆管线的连接状况；对直流电源设备恒电位仪也要定期检查维护，保证电路接触正常，能够输出稳定的电流，使管道电位保持稳定。
其次，阴极保护房内的恒电位仪损耗较为严重，所以在配备上应当每间阴极保护房不少于两台，应当每隔两个月更换一次。
再次，阴极保护技术关键是要被保护的金属体具有均匀的电化学性，这就需要定期采用极化的电化学方法对其进行极化处理，保证稳定均匀的化学性质。
最后，管理还包括对管道的电流和电位定期的测量检查，防止端盖部位的生锈。
六、结束语
综上所述，在埋地管道工程中，阴极保护是其中一个非常重要的环节，一定要更加重视阴极保护问题，提出一些有效的措施来提升阴极保护的效果，为埋地管道竣工后投入使用奠定质量基础。
参考文献：
[1]武烈.我国阴极保护技术的发展及其高新技术化的探索[J].腐蚀与防护，2011，27（03）：136-139.
[2]肖纪美，曹楚南.材料腐蚀学原理[M]，北京：化学工业出版社，2012.
[3]陈胜利，兰志刚，宋积文，等.长输天然气管线的腐蚀与防护[J].全面腐蚀控制，2011（1）：38-41
[4]黄腾飞.埋地管道阴极保护电位参数及电位测试技术研究[D].西南石油大学博士学位论文，2011
[5]孙鹏然.天然气长输管道的防腐与防护措施[J].管道技术与设备，2013（1）：50-52